CN111562723B - 利用电子束曝光制备dfb-ld光栅调试样片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用电子束曝光制备DFB‑LD光栅调试样片的方法，属于微电子技术领域，包括：步骤一、在晶片上涂覆电子束胶；步骤二、将晶片进行前烘；步骤三、利用版图设计工具绘制DFB‑LD光栅调试版图；基于目标DFB‑LD光栅版图，在保持芯片单元与目标DFB‑LD光栅版图一致的前提下，DFB‑LD光栅调试版图在平行光栅方向上与目标DFB‑LD光栅版图一致，垂直光栅方向上从芯片单元间光栅对齐排列变化为阶梯状排列，阶梯交错间隔等于光栅沿栅线方向长度；步骤四、对所述晶片依次进行电子束曝光、显定影和坚膜。通过采用上述技术方案，本发明能够提高光栅截面观测样品的观测便利性及制备成功率。

Description

利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法
技术领域
本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法。
背景技术
自上世纪60年代发明以来，半导体激光器凭借其小尺寸、高效率、低成本以及高可靠性等优点得到迅猛的发展。在普通的法布里-帕罗(Fabry-Perot)腔半导体激光器的结构中加入布拉格光栅，通过光栅的衍射作用能够使激光器获得稳定单纵模，显著提升其光束质量，这种激光器被称为分布反馈激光器(distributed feedback laser diode DFB-LD)。
DFB-LD光栅制备在DFB-LD中至关重要，其制备方法通常包括全息曝光和电子束曝光两种。在这两种方法中，电子束曝光由于采用电子束作为曝光光源，因此可以获得高质量的光栅掩膜图形。同时，由于电子束曝光采用了直写技术，在光栅制备中可以调整曝光参数制备不同周期不同占空比的电子束曝光胶掩膜图形，使得DFB-LD的优化制备更加灵活高效，光栅掩膜图形的质量更高。目前，电子束曝光已成为制备高端DFB-LD光栅的主流掩膜曝光手段。
受电子束曝光速度的制约，在利用电子束制备DFB-LD光栅时，通常只曝光片上5％-10％的面积。即沿光栅栅线方向上曝光长度在10-20μm之间，相邻光栅之间间隔200-300μm。
由于DFB-LD光栅对于占宽比、形貌及刻蚀深度的要求较为严苛，因此在生产和实验中的调试阶段，都需要对样片垂直光栅方向上进行解理以观测光栅截面形貌，确认其占宽比及刻蚀深度。但10-20μm宽度非常难以精确解理，这极大的增加了电子束DFB-LD光栅的截面观测难度。基于以上，在用电子束制备DFB-LD光栅的条件摸索阶段，采用特殊设计的版图进行曝光以便于截面解理是非常必要的。为保证截面观测效果，对该设计版图有如下要求：1.光栅局部版图需与目标DFB-LD光栅一致，这主要是由于电子束曝光具有邻近效应，在版图局部形貌不同时，曝光光栅的占宽比和形貌会有较大差异，影响条件摸索的精确性；2.曝光图形面积在晶片上占比尽量小，这主要是为了缩短曝光时间，提高生产效率。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法，用于提高光栅截面观测样品的观测便利性及制备成功率。
本发明的目的是提供一种利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法，包括如下步骤：
步骤一、在晶片上涂覆电子束胶；
步骤二、将所述晶片进行前烘；前烘条件根据所使用的电子束胶型号进行设定；
步骤三、利用版图设计工具绘制DFB-LD光栅调试版图；基于目标DFB-LD光栅调试版图，在保持芯片单元与目标DFB-LD光栅版图一致的前提下，DFB-LD光栅调试版图在平行光栅方向上与目标DFB-LD光栅版图一致，垂直光栅方向上芯片单元间光栅为阶梯状排列，阶梯横向交错方向一致，交错间隔等于光栅沿栅线方向长度；
步骤四、对所述晶片依次进行电子束曝光、显定影和坚膜。
进一步，所述晶片为InP基或GaAs基外延片。
进一步，所述电子束胶多为有机聚合物，当用具有一定能量的电子束对该有机聚合物进行曝光时，电子发生非弹性散射所损失的能量被聚合物吸收，引起一系列化学反应进而实现曝光的目的。
更进一步，所述电子束胶可以为电子束正胶或者负胶，优选是抗干法刻蚀的电子束胶，例如电子束胶为Zep520A，匀胶条件依照电子束胶的型号及目标胶厚进行设定。例如Zep520A，匀胶条件为4000rpm，匀胶时间为40s。
更进一步，所述版图设计工具为GDSⅡ或L-Edit。
进一步，所述DFB-LD光栅调试版图芯片单元与目标DFB-LD光栅版图一致。
进一步，所述DFB-LD光栅调试版图与常规DFB-LD光栅版图的芯片单元长度为200-300μm，宽度为100-300μm。
进一步，所述DFB-LD光栅调试版图与常规DFB-LD光栅版图芯片单元中分为光栅区和无光栅区两部分，其中光栅区长度为10-20μm，宽度为50-290μm，光栅方向沿芯片单元长度方向，光栅周期为100-400nm，占宽比为0.25-0.75。
进一步，所述电子束曝光的加速电压为10-100kV。
进一步，所述显定影条件依照所使用电子束胶的种类及型号进行选择，在所使用的电子束胶为Zep520A时，对应的显定影条件为显影对二甲苯60s，定影异丙醇30s。
进一步，所述坚膜条件依照所使用电子束胶的种类及型号进行选择，在所使用的电子束胶为Zep520A时，对应的坚膜条件为热板120℃，坚膜时间为20min。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、光栅局部版图与目标DFB-LD光栅版图一致，能够有效避免电子束曝光邻近效应造成图形失真；2、曝光图形面积在晶片上占比与目标DFB-LD光栅图形一致，曝光时间合理；3、样片能够任意切割，极大地方便光栅截面的观测。
相比于目标DFB光栅版图在垂直光栅栅线方向上的对齐排列，本发明将摸索条件阶段的版图变化为阶梯状排列的优势在于：在保持图形在晶片上整体占比不变的前提下，只需控制截面样品长度＞DFB-LD芯片单元宽度×芯片单元长度/光栅区长度(该值通常在5000μm以下，远小于常规SEM截面样品长度)，而后任意解理都可保证断面上有光栅截面存在，可以很方便的观测截面，极大提高了截面样品制备的成功率，方便光栅截面的观测。
附图说明
图1是本发明优选实施例中所用到的电子束曝光方法的流程图；
图2是本发明优选实施例中目标DFB-LD光栅版图的分布示意图；
图3是本发明优选实施例中目标DFB-LD光栅版图的局部放大图；
图4是本发明优选实施例中所使用的DFB-LD光栅调试版图的分布示意图；
图5是本发明优选实施例中所使用的DFB-LD光栅调试版图的局部放大图；
图6是本发明优选实施例中所使用的DFB-LD光栅调试版图的光栅局部放大图，目标DFB光栅版图的局部放大图与之相同。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1至图6所示，本发明的技术方案为：
一种利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法，主要针对光栅调试过程中需要进行截面观测的要求对曝光版图进行优化，能够极大的提高电子束制备DFB-LD光栅截面样品制备的成功率。该实施例以InP基外延片为例，该方法包括以下步骤：
步骤1：在InP基外延片上涂覆电子束胶Zep520A，匀胶条件为4000rpm，匀胶时间为40s；
步骤2：将涂覆电子束胶的InP基外延片放在热板上进行前烘，前烘温度为180℃，时间为3min；
步骤3：利用版图设计工具GDSⅡ或L-Edit绘制DFB光栅调试版图。该版图基于常规DFB-LD光栅版图中的特定实例进行绘制(本申请将本发明中所绘制的版图称为DFB-LD光栅调试版图，将DFB-LD光栅调试版图所直接基于的DFB-LD光栅版图称为目标DFB光栅版图，将通常利用电子束曝光制备DFB-LD光栅的版图称为常规DFB-LD光栅版图，以示区分)，在保持版图芯片单元(指版图上的最小单元，整个版图可以通过阵列该单元生成)与目标DFB-LD光栅版图一致的前提下，对DFB-LD光栅调试版图整体布局进行优化。该DFB-LD光栅调试版图与目标DFB-LD光栅版图的相同点在于两者沿光栅方向排列一致，其区别在于垂直于光栅方向上常规DFB-LD光栅版图的光栅区之间为对齐排列，DFB-LD光栅调试版图的光栅区之间为阶梯状排列，阶梯交错间隔等于单个芯片单元中的光栅长度。在本实施例中，目标DFB-LD光栅版图芯片单元的长度为250μm，宽度为300μm，在晶圆上密集排布。芯片单元中光栅区长度为20μm，宽度为200μm。光栅周期为200nm，其中曝光区域线条宽度为70nm。
步骤4：对晶片进行电子束曝光。曝光时使用电子束加速电压为100kV，曝光时，所有条件设定均与目标DFB光栅一致。
步骤5：将完成电子束曝光的晶片放入对二甲苯中显影60s，在异丙醇中定影30s，并用N2吹干。
步骤6：将晶片放在120℃的热板上进行坚膜，坚膜时间为20min。
综上所述：本发明基于目标DFB-LD光栅版图，在保持芯片单元与目标DFB-LD版图一致的前提下，对版图整体布局进行优化，即版图在平行光栅方向上与目标DFB-LD光栅版图一致，垂直光栅方向上从芯片单元间光栅对齐排列变化为阶梯状排列，阶梯横向交错方向一致，交错间隔等于光栅沿栅线方向长度。
经试验验证，利用该方法设计的版图在曝光及光栅刻蚀后局部图形均能够保持与目标DFB-LD光栅图形一致，因此在调试阶段能够替代目标DFB-LD光栅进行截面观测。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、在晶片上涂覆电子束胶；
步骤二、将所述晶片进行前烘；
步骤三、利用版图设计工具绘制DFB-LD光栅调试版图；基于目标DFB-LD光栅调试版图，在保持芯片单元与目标DFB-LD光栅版图一致的前提下，DFB-LD光栅调试版图在平行光栅方向上与目标DFB-LD光栅版图一致，垂直光栅方向上芯片单元间光栅为阶梯状排列，阶梯横向交错方向一致，交错间隔等于光栅沿栅线方向长度；所述芯片单元为DFB-LD光栅调试版图的最小单元；
步骤四、对所述晶片依次进行电子束曝光、显定影和坚膜。
2.根据权利要求1所述的利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法，其特征在于，所述晶片为InP基或GaAs基外延片。
3.根据权利要求1或2所述的利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法，其特征在于，所述电子束胶为抗干法刻蚀的电子束正胶或者电子束负胶。
4.根据权利要求3所述的利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法，其特征在于，所述版图设计工具为GDSⅡ或L-Edit。
5.根据权利要求3所述的利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法，其特征在于，所述DFB-LD光栅调试版图的芯片单元与目标DFB-LD光栅版图一致。
6.根据权利要求3所述的利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法，其特征在于，所述DFB-LD光栅调试版图的芯片单元长度为200-300μm，宽度为100-300μm。
7.根据权利要求3所述的利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法，其特征在于，所述DFB-LD光栅调试版图的芯片单元分为光栅区和无光栅区两部分，其中光栅区长度为10-20μm，宽度为50-290μm，光栅方向沿芯片单元长度方向，光栅周期为100-400nm，占宽比为0.25-0.75。
8.根据权利要求3所述的利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法，其特征在于，所述电子束曝光的加速电压为10-100kV。
9.根据权利要求3所述的利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法，其特征在于，当所述电子束胶为Zep520A时，对应的显定影条件为显影对二甲苯60s，定影异丙醇30s。
10.根据权利要求3所述的利用电子束曝光制备DFB-LD光栅调试样片的方法，其特征在于，当所述电子束胶为Zep520A时，对应的坚膜条件为热板120℃，坚膜时间为20min。
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